JP5178631B2 - タッチセンサ、表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等の表示装置に係わり、特に、ユーザが指等で接触または近接することにより情報入力が可能な静電容量式のタッチセンサ、ならびにそのようなタッチセンサを備えた表示装置および電子機器に関する。

近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置（以下、タッチセンサという。）を液晶表示装置上に直接装着すると共に、液晶表示装置に各種のボタンを表示させることにより、通常のボタンの代わりとして情報入力を可能とした表示装置が注目されている。この技術は、モバイル機器の画面の大型化傾向の中にあって、ディスプレイとボタンの配置の共用化を可能にすることから、省スペース化や部品点数の削減という大きなメリットをもたらす。しかしながら、この技術には、タッチセンサの装着によって液晶モジュールの全体の厚さが厚くなるという問題があった。特にモバイル機器用途においては、タッチセンサの傷防止のための保護層が必要となることから、液晶モジュールが益々厚くなる傾向があり、薄型化のトレンドに反するという問題があった。

そこで、例えば特許文献１，２には、静電容量型のタッチセンサを形成したタッチセンサ付き液晶表示素子が提案され、薄型化が図られている。これは、液晶表示素子の観察側基板とその外面に配置された観察用偏光板との間にタッチセンサ用導電膜を設け、このタッチセンサ用導電膜と偏光板の外面との間に、偏光板の外面をタッチ面とした静電容量型タッチセンサを形成するようにしたものである。また、例えば特許文献３には、タッチセンサを表示装置に内蔵するようにしたものが提案されている。

特開２００８−９７５０号公報 米国特許６０５７９０３号明細書 特表昭５６−５００２３０号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に開示されたタッチセンサ付き液晶表示素子では、原理的に、タッチセンサ用導電膜が利用者と同電位にあることが必要であり、利用者がきちんと接地されている必要がある。したがって、コンセントから電源を取っているような据置型のテレビジョン受像機はともかく、モバイル機器用途に適用するのは現実的に見て困難である。また、上記技術では、タッチセンサ用導電膜が利用者の指に極めて接近していることが必要なので、液晶表示素子の例えば奥深い部分に配設することが無理である等、配設部位が制限される。すなわち、設計の自由度が小さい。さらに、上記技術では、その構成上、タッチセンサ駆動部や座標検出部といった回路部分を、液晶表示素子の表示駆動回路部とは別個に設けなければならず、装置全体としての回路の集積化が困難である。

そこで、元々表示用駆動電圧の印加用に設けられた共通電極に加えて、この共通電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極を新たに設けることが考えられる（新構造の静電容量型のタッチセンサを備えた表示装置）。この静電容量は物体の接触または近接の有無によって変化するため、表示制御回路により共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号としても利用（兼用）するようにすれば、静電容量の変化に応じた検出信号がタッチ検出電極から得られるからである。そして、この検出信号を所定のタッチ検出回路に入力するようにすれば、物体の接触または近接の有無が検出可能になる。また、この手法によれば、利用者の電位が不定であることが多いモバイル機器用途にも適合可能なタッチセンサ付き表示装置を得ることができる。さらに、表示機能層のタイプに応じて設計の自由度が高いタッチセンサ付き表示装置を得ることができると共に、表示用の回路とセンサ用の回路とを１つの回路基板上に一体に集積することが容易になり、回路の集積化も容易であるという利点がある。

ここで、上記特許文献１〜３や上記新構造のものを含め、静電容量型のタッチセンサでは、各画素の表示素子への画素信号（画像信号）の書き込みの際に、その動作に起因したノイズ（内部ノイズ）が検出信号に付加されてしまうという問題がある。

そこで、上記特許文献２，３では、画像信号の書き込み動作に起因するノイズによる誤動作（誤検出）を防止するため、タッチセンサと表示素子との間に、透明な導電層（シールド層）を設けている。そして、この導電層を一定電位に固定することにより、上記した表示素子からのノイズをシールドすることが可能となっている。

ところが、この手法では、検出信号線とシールド層との間に大きな容量が形成されることから、検出信号線から得られる検出信号が大幅に減衰してしまったり、駆動線の容量が非常に大きくなって消費電力等が大幅に増大するという問題があった。また、上記特許文献３のように、表示用の駆動回路の一部を利用してタッチセンサ用の検出信号を生成している場合には、表示素子と検出電極との間にシールド層を配置すると、検出信号もシールドされてしまい、検出動作ができなくなってしまう。

更に、上記新構造の静電容量型のタッチセンサを備えた表示装置では、前述したように、表示パネルにおける書き込み波形を用いて位置を検出している。そのため、開口率や製造プロセスなどの観点から、有効表示エリア内にシールド層を設けて画像信号の書き込み動作に起因したノイズを取り除くのは難しいと考えられる。

このようにして、静電容量型のタッチセンサでは、シールド層を用いることなく、画像信号の書き込み動作に起因したノイズ（内部ノイズ）を除去して物体の検出精度を向上させるのは困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、シールド層を用いずに物体の検出精度を向上させることが可能な静電容量型のタッチセンサ、およびそのようなタッチセンサを備えた表示装置および電子機器を提供することにある。

本発明のタッチセンサは、タッチ駆動電極と、このタッチ駆動電極と対向して、または並んで設けられ、タッチ駆動電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極と、タッチ駆動電極に対してタッチセンサ用駆動信号を印加することによりタッチ検出電極から得られる検出信号に基づき、物体が接触または近接する位置を検出するタッチ検出回路とを備えたものである。ここで、上記タッチ駆動電極がストライプ状の複数の電極パターンに分割されていると共に、これら複数の電極パターンのうちの一部の電極パターンに対してタッチセンサ用駆動信号が印加されることにより、その時点での駆動ラインが形成されるようになされている。また、上記タッチ検出回路は、第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、第１の期間とは異なる第２の期間において形成される、第１駆動ラインよりもライン幅が小さい第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて、検出動作を行うようになっている。

本発明の表示装置は、複数の表示画素電極と、これらの表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、画像表示機能を有する表示機能層と、画像信号に基づいて、表示画素電極と共通電極との間に表示用電圧を印加して表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、共通電極と対向して、または並んで設けられ、共通電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極と、表示制御回路により共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号として利用し、タッチ検出電極から得られる検出信号に基づき、物体の接触位置の検出動作を行うタッチ検出回路とを備えたものである。ここで、上記共通電極がストライプ状の複数の電極パターンに分割されていると共に、これら複数の電極パターンのうちの一部の電極パターンに対してタッチセンサ用駆動信号が印加されることにより、その時点での駆動ラインが形成されるようになされている。また、上記タッチ検出回路は、第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、第１の期間とは異なる第２の期間において形成される、第１駆動ラインよりもライン幅が小さい第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて、検出動作を行うようになっている。

本発明の電子機器は、上記本発明の表示装置を備えたものである。

本発明のタッチセンサ、表示装置および電子機器では、元々表示用駆動電圧の印加用に設けられた共通電極もしくはタッチ駆動電極と、タッチ検出電極との間に、静電容量が形成される。この静電容量は、物体の接触または近接の有無によって変化する。したがって、共通電極もしくはタッチ駆動電極に印加されるタッチセンサ用駆動信号を利用して、静電容量の変化に応じた検出信号がタッチ検出電極から得られる。そして、この検出信号をタッチ検出回路に入力することにより、物体の接触または近接位置（物体の接触または近接の有無等）が検出される。このとき、タッチ検出回路は、第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、この第１の期間とは異なる第２の期間において形成される上記第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて、検出動作を行う。ここで、第２駆動ラインのライン幅が第１駆動ラインのライン幅よりも小さいことから、それぞれの駆動ラインから得られた第１検出信号および第２検出信号を利用することにより（例えば、２つの検出信号の差分を取ることにより）、画像表示制御の際の画像信号の書き込み動作に起因して検出信号に含まれるノイズ（内部ノイズ）の影響を低減しつつ、検出動作を行うことができる。

本発明のタッチセンサ、表示装置および電子機器によれば、静電容量の変化に応じてタッチ検出電極から得られる検出信号に基づいて物体の接触または近接位置を検出すると共に、タッチ検出回路において、上記第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、第１の期間とは異なる第２の期間において形成される、第１駆動ラインよりもライン幅が小さい第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて検出動作を行うようにしたので、従来のようなシールド層を用いることなく、上記内部ノイズの影響を低減しつつ検出動作を行うことができる。よって、静電容量型のタッチセンサにおいて、シールド層を用いずに物体の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明に係るタッチセンサ付きの表示装置の動作原理を説明するための図であり、指非接触時の状態を示す図である。 本発明に係るタッチセンサ付きの表示装置の動作原理を説明するための図であり、指接触時の状態を示す図である。 本発明に係るタッチセンサ付きの表示装置の動作原理を説明するための図であり、タッチセンサの駆動信号および検出信号の波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ付きの表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図４に示した表示装置の要部（共通電極およびセンサ用検出電極）の一構成例を示す斜視図である。 図４に示した表示装置における画素構造およびドライバの詳細構成の一例を表すブロック図である。 図４に示した表示装置における画素構造およびドライバの詳細構成の他の例を表すブロック図である。 図４に示した表示装置における検出回路等の一構成例を示す回路図である。 共通電極の線順次動作駆動の一例を表す模式図である。 表示装置における検出動作の際の表示書き込み動作に起因したノイズ（内部ノイズ）について説明するためのタイミング波形図である。 第１の実施の形態に係る内部ノイズの除去方法の一例について説明するためのタイミング図である。 図１１に示した内部ノイズ除去の際の検出信号およびノイズ信号の波形の一例を表すタイミング波形図である。 図１１に示した内部ノイズ除去の際のノイズ信号の波形の一例を表すタイミング波形図である。 図１１に示した内部ノイズ除去方法を適用した場合における白書き込み時および黒書き込み時の波形の一例を表すタイミング波形図である。 第１の実施の形態の変形例に係る内部ノイズの除去方法について説明するためのタイミング図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチセンサ付きの表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図１６に示した表示装置における画素基板の一部の詳細構成に表す断面図および平面図である。 図１６に示した表示装置の要部の拡大斜視図である。 図１６に示した表示装置の動作を説明するための断面図である。 第２の実施の形態の変形例に係るタッチセンサ付きの表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 第２の実施の形態の他の変形例に係るタッチセンサ付きの表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 上記各実施の形態等の表示装置の適用例１における（Ａ）表側から見た外観、（Ｂ）裏側から見た外観を表す斜視図である。 （Ａ）は適用例２の表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例３の外観を表す斜視図である。 適用例４の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は適用例５の開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。 本発明の変形例に係る内部ノイズの除去方法について説明するためのタイミング図である。 本発明の他の変形例に係るタッチセンサの要部構成を表す断面図である。 図２８に示したタッチセンサにおける駆動ラインの一例を表す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
タッチ検出方式の基本原理
１．第１の実施の形態（異なる幅の２つの駆動ラインを用いた内部ノイズ除去方法の例）
２．第２の実施の形態（表示素子として横電界モードの液晶素子を用いた例）
３．適用例 （タッチセンサ付きの表示装置の電子機器への適用例）
４．その他の変形例

＜タッチ検出方式の基本原理＞
まず最初に、図１〜図３を参照して、本発明のタッチセンサ付きの表示装置におけるタッチ検出方式の基本原理について説明する。このタッチ検出方式は、静電容量型タッチセンサとして具現化されるものであり、例えば図１（Ａ）に示したように、誘電体Ｄを挟んで互いに対向配置された一対の電極（駆動電極Ｅ１および検出電極Ｅ２）を用い、容量素子を構成する。この構造は、図１（Ｂ）に示した等価回路として表される。駆動電極Ｅ１、検出電極Ｅ２および誘電体Ｄによって、容量素子Ｃ１が構成される。容量素子Ｃ１は、その一端が交流信号源（駆動信号源）Ｓに接続され、他端Ｐは抵抗器Ｒを介して接地されると共に、電圧検出器（検出回路）ＤＥＴに接続される。交流信号源Ｓから駆動電極Ｅ１（容量素子Ｃ１の一端）に所定の周波数（例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ程度）の交流矩形波Ｓｇ（図３（Ｂ））を印加すると、検出電極Ｅ２（容量素子Ｃ１の他端Ｐ）に、図３（Ａ）に示したような出力波形（検出信号Ｖdet）が現れる。なお、この交流矩形波Ｓｇは、後述するコモン駆動信号Ｖcomに相当するものである。

指が接触（または近接）していない状態では、図１に示したように、容量素子Ｃ１に対する充放電に伴って、容量素子Ｃ１の容量値に応じた電流Ｉ０が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、例えば図３（Ａ）の波形Ｖ０のようになり、これが電圧検出器ＤＥＴによって検出される。

一方、指が接触（または近接）した状態では、図２に示したように、指によって形成される容量素子Ｃ２が容量素子Ｃ１に直列に追加された形となる。この状態では、容量素子Ｃ１，Ｃ２に対する充放電に伴って、それぞれ電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、例えば図３（Ａ）の波形Ｖ１のようになり、これが電圧検出器ＤＥＴによって検出される。このとき、点Ｐの電位は、容量素子Ｃ１，Ｃ２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の値によって定まる分圧電位となる。このため、波形Ｖ１は、非接触状態での波形Ｖ０よりも小さい値となる。電圧検出器ＤＥＴは、後述するように、検出した電圧を所定のしきい値電圧Ｖthと比較し、このしきい値電圧以上であれば非接触状態と判断する一方、しきい値電圧未満であれば接触状態と判断する。このようにして、タッチ検出が可能となる。

＜１．第１の実施の形態＞
［表示装置１の構成例］
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ付きの表示装置１の要部断面構造を表すものである。この表示装置１は、表示素子として液晶表示素子を用いると共に、この液晶表示素子に元々備えられている電極の一部（後述する共通電極４３）および表示用駆動信号（後述するコモン駆動信号Ｖcom）を兼用して静電容量型タッチセンサを構成したものである。

図４に示したように、この表示装置１は、画素基板２と、この画素基板２に対向して配置された対向基板４と、画素基板２と対向基板４との間に挿設された液晶層６とを備えている。

画素基板２は、回路基板としてのＴＦＴ基板２１と、このＴＦＴ基板２１上にマトリクス状に配設された複数の画素電極２２とを有する。ＴＦＴ基板２１には、各画素電極２２を駆動するための図示しない表示ドライバやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の他、各画素電極に画像信号を供給するソース線（後述するソース線２５）や、各ＴＦＴを駆動するゲート線（後述するゲート線２６）等の配線が形成されている。ＴＦＴ基板２１にはまた、後述するタッチ検出動作を行う検出回路（図８）が形成されていてもよい。

対向基板４は、ガラス基板４１と、このガラス基板４１の一方の面に形成されたカラーフィルタ４２と、このカラーフィルタ４２の上に形成された共通電極４３とを有する。カラーフィルタ４２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ層を周期的に配列して構成したもので、各表示画素（画素電極２２）ごとにＲ、Ｇ、Ｂの３色が１組として対応付けられている。共通電極４３は、タッチ検出動作を行うタッチセンサの一部を構成するセンサ用駆動電極としても兼用されるものであり、図１における駆動電極Ｅ１に相当する。

共通電極４３は、コンタクト導電柱７によってＴＦＴ基板２１と連結されている。このコンタクト導電柱７を介して、ＴＦＴ基板２１から共通電極４３に交流矩形波形のコモン駆動信号Ｖcomが印加されるようになっている。このコモン駆動信号Ｖcomは、画素電極２２に印加される画素電圧とともに各画素の表示電圧を画定するものであるが、タッチセンサの駆動信号としても兼用されるものであり、図１の駆動信号源Ｓから供給される交流矩形波Ｓｇに相当する。すなわち、このコモン駆動信号Ｖcomは、所定の周期ごとに極性反転するものとなっている。

ガラス基板４１の他方の面には、センサ用検出電極（タッチ検出電極）４４が形成され、さらに、このセンサ用検出電極４４の上には、偏光板４５が配設されている。センサ用検出電極４４は、タッチセンサの一部を構成するもので、図１における検出電極Ｅ２に相当する。

液晶層６は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）、ＶＡ（垂直配向）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）等の各種モードの液晶が用いられる。

なお、液晶層６と画素基板２との間、および液晶層６と対向基板４との間には、それぞれ配向膜が配設され、また、画素基板２の下面側には入射側偏光板が配置されるが、ここでは図示を省略している。

（共通電極４３およびセンサ用検出電極４４の詳細構成例）
図５は、対向基板４における共通電極４３およびセンサ用検出電極４４の一構成例を斜視状態にて表したものである。この例では、共通電極４３は、図の左右方向に延在する複数のストライプ状の電極パターン（ここでは、一例としてｎ個（ｎ：２以上の整数）の共通電極４３１〜４３ｎからなる）に分割されている。各電極パターンには、共通電極ドライバ４３Ｄによってコモン駆動信号Ｖcomが順次供給され、後述するように時分割的に線順次走査駆動が行われるようになっている。一方、センサ用検出電極４４は、共通電極４３の電極パターンの延在方向と直交する方向に延びる複数のストライプ状の電極パターンから構成されている。センサ用検出電極４４の各電極パターンからは、それぞれ、検出信号Ｖdetが出力され、図６〜図８等に示す検出回路８に入力されるようになっている。

（画素構造およびドライバの構成例）
図６および図７は、表示装置１における画素構造および各種ドライバの構成例を表したものである。表示装置１では、有効表示エリア１００内に、ＴＦＴ素子Ｔｒと液晶素子ＬＣとを有する複数の画素（表示画素２０）がマトリクス状に配置されている。

図６に示した例では、表示画素２０には、ゲートドライバ２６Ｄに接続されたゲート線２６と、図示しないソースドライバに接続された信号線（ソース線）２５と、共通電極ドライバ４３Ｄに接続された共通電極４３１〜４３ｎとが接続されている。共通電極ドライバ４３は、前述したように、共通電極４３１〜４３ｎに対してコモン駆動信号Ｖcom（Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)）を順次供給するものである。この共通電極ドライバ４３Ｄは、例えば、シフトレジスタ４３Ｄ１と、ＣＯＭセレクト部４３Ｄ２と、レベルシフタ４３Ｄ３と、ＣＯＭバッファ４３Ｄ４とを有している。

シフトレジスタ４３Ｄ１は、入力パルスを順次転送するためのロジック回路である。具体的には、このシフトレジスタ４３Ｄ１に対して転送トリガーパルス（スタートパルス）を入力することにより、クロック転送を開始するようになっている。また、１フレーム期間内で複数回のスタートパルスを入力するようにした場合には、その度に転送を繰り返すことができるようになっている。なお、シフトレジスタ４３Ｄ１としては、複数個の共通電極４３１〜４３ｎをそれぞれ制御するために、各々独立した転送ロジック回路としてもよい。ただし、その場合には制御回路規模が大きくなるため、後述する図７に示したように、転送ロジック回路は、ゲートドライバと共通電極ドライバとで共用するようにすることが好ましく、更には、共通電極４３の個数に関わらず単一であることが好ましい。

ＣＯＭセレクト部４３Ｄ２は、コモン駆動信号Ｖcomを、有効表示エリア１００内の各表示画素２０に対して出力するか否かを制御するロジック回路である。すなわち、コモン駆動信号Ｖcomの出力を、有効表示エリア１００内の位置等に応じて制御している。さらに、詳細は後述するが、このＣＯＭセレクト部４３Ｄ２に対して入力する制御パルスを可変とすることにより、例えば１水平ラインごとにコモン駆動信号Ｖcomの出力位置を任意に移動させたり、複数の水平期間後に出力位置を移動させたりすることが可能となっている。

レベルシフタ４３Ｄ３は、ＣＯＭセレクト部４３Ｄ２から供給される制御信号を、コモン駆動信号Ｖcomを制御するのに十分な電位レベルまでシフトさせるための回路である。

ＣＯＭバッファ４３Ｄ４は、コモン駆動信号Ｖcom（Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)）を順次供給するための最終出力ロジック回路であり、出力バッファ回路もしくはスイッチ回路等を含んで構成されている。

一方、図７に示した例では、表示画素２０には、ゲート・共通電極ドライバ４０Ｄに接続されたゲート線２６および共通電極４３１〜４３ｎと、図示しないソースドライバに接続された信号線（ソース線）２５とが接続されている。ゲート・共通電極ドライバ４０Ｄは、ゲート線２６を介して各表示画素２０に対してゲート駆動信号を供給すると共に、共通電極４３１〜４３ｎに対してコモン駆動信号Ｖcom（Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)）を順次供給するものである。このゲート・共通電極ドライバ４０Ｄは、例えば、シフトレジスタ４０Ｄ１と、イネーブル・コントロール部４０Ｄ２と、ゲート／ＣＯＭセレクト部４０Ｄ３と、レベルシフタ４０Ｄ４と、ゲート／ＣＯＭバッファ４０Ｄ５とを有している。

シフトレジスタ４０Ｄ１は、ゲートドライバと共通電極ドライバとで共用されていること以外は、前述したシフトレジスタ４３Ｄ１と同様の機能を有している。

イネールブル・コントロール部４０Ｄ２は、シフトレジスタ４０Ｄ１から転送されたクロックパルスを利用してイネーブルパルスを取り込むことにより、ゲート線２６を制御するためのパルスを生成するものである。

ゲート／ＣＯＭセレクト部４０Ｄ３は、コモン駆動信号Ｖcomおよびゲート信号ＶＧをそれぞれ、有効表示エリア１００内の各表示画素２０に対して出力するか否かを制御するロジック回路である。すなわち、コモン駆動信号Ｖcomおよびゲート信号ＶＧの出力をそれぞれ、有効表示エリア１００内の位置等に応じて制御している。

レベルシフタ４０Ｄ４は、ゲート／ＣＯＭセレクト部４０Ｄ３から供給される制御信号を、ゲート信号ＶＧおよびコモン駆動信号Ｖcomをそれぞれ制御するのに十分な電位レベルまでシフトさせるための回路である。

ゲート／ＣＯＭバッファ４０Ｄ５は、コモン駆動信号Ｖcom（Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)）およびゲート信号ＶＧ（ＶＧ(1)〜ＶＧ(n)）をそれぞれ順次供給するための最終出力ロジック回路であり、出力バッファ回路もしくはスイッチ回路等を含んで構成されている。

なお、図７に示した例では、表示装置１内においてこれらの他に、Ｔ／Ｇ・ＤＣ／ＤＣコンバータ２０Ｄが設けられている。このＴ／Ｇ・ＤＣ／ＤＣコンバータ２０Ｄは、Ｔ／Ｇ（タイミング・ジェネレータ）およびＤＣ／ＤＣコンバータとしての役割を果たすものである。

（駆動信号源Ｓおよび検出回路８の回路構成例）
図８は、図１に示した駆動信号源Ｓとタッチ検出動作を行う検出回路８との回路構成例を、タイミング・ジェネレータとしてのタイミング制御部９とともに表したものである。この図において、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎは、図５に示した各共通電極４３１〜４３ｎとセンサ用検出電極４４との間に形成される（静電）容量素子に対応するものである。

駆動信号源Ｓは、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎごとに１つずつ設けられている。この駆動信号源Ｓは、ＳＷ制御部１１と、２つのスイッチ素子１２，１５と、２つのインバータ（論理否定）回路１３１，１３２と、オペアンプ１４とを有している。ＳＷ制御部１１は、スイッチ素子１２のオン・オフ状態を制御するものであり、これにより電源＋Ｖとインバータ回路１３１，１３２との間の接続状態が制御されるようになっている。インバータ回路１３１の入力端子は、スイッチ素子１２の一端（電源＋Ｖとは反対側の端子）およびインバータ回路１３２の出力端子に接続されている。インバータ回路１３１の出力端子は、インバータ回路１３２の入力端子およびオペアンプ１４の入力端子に接続されている。これにより、これらのインバータ回路１３１，１３２が、所定のパルス信号を出力する発振回路として機能するようになっている。オペアンプ１４は、２つの電源＋Ｖ，−Ｖに接続されている。スイッチ素子１５は、タイミング制御部９から供給されるタイミング制御信号ＣＴＬ１に従ってオン・オフ状態が制御されるようになっている。具体的には、このスイッチ素子１５によって、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎの一端側（共通電極４３１〜４３ｎ側）が、オペアンプ１４の出力端子側（コモン駆動信号Ｖcomの供給源側）または接地に接続される。これにより、各駆動信号源Ｓから各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎへ、コモン駆動信号Ｖcomが供給されるようになっている。

検出回路８（電圧検出器ＤＥＴ）は、増幅部８１と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部８３と、信号処理部８４と、フレームメモリ８６と、座標抽出部８５と、前述した抵抗器Ｒとを有している。なお、この検出回路８の入力端子Ｔinは、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１６の他端側（センサ用検出電極４４側）に共通して接続されている。

増幅部８１は、入力端子Ｔinから入力される検出信号Ｖdetを増幅する部分であり、信号増幅用のオペアンプ８１１と、２つの抵抗器８１２Ｒ，８１３Ｒと、２つのキャパシタ８１２Ｃ，８１３Ｃとを有している。オペアンプ８１１の正入力端（＋）は、入力端子Ｔinに接続され、出力端は後述するＡ／Ｄ変換部８３の入力端に接続されている。抵抗器８１２Ｒおよびキャパシタ８１２Ｃの一端は、ともにオペアンプ８１１の出力端に接続され、抵抗器８１２Ｒおよびキャパシタ８１２Ｃの他端は、ともにオペアンプ８１１の負入力端（−）に接続されている。また、抵抗器８１３Ｒの一端は、抵抗器８１２Ｒおよびキャパシタ８１２Ｃの他端に接続され、抵抗器８１３Ｒの他端は、キャパシタ８１３Ｒを介して接地に接続されている。これにより、抵抗器８１２Ｒおよびキャパシタ８１２Ｃが、高域をカットし低域を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）として機能すると共に、抵抗器８１３Ｒおよびキャパシタ８１３Ｃが、高域を通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）として機能する。

抵抗器Ｒは、オペアンプ８１１の正入力端（＋）側の接続点Ｐと、接地との間に配置されている。この抵抗器Ｒは、センサ用検出電極４４がフローティング状態になってしまうのを回避して安定状態を保つためのものである。これにより、検出回路８において、検出信号Ｖdetの信号値がふらついて変動してしまうのが回避されると共に、この抵抗器Ｒを介して静電気を接地に逃がすことができるという利点もある。

Ａ／Ｄ変換部８３は、増幅部８１において増幅されたアナログの検出信号Ｖdetを、デジタルの検出信号に変換する部分であり、図示しないコンパレータを含んで構成されている。このコンパレータは、入力された検出信号と所定のしきい値電圧Ｖth（図３参照）との電位を比較するものである。なお、このＡ／Ｄ変換部８３におけるＡ／Ｄ変換の際のサンプリングタイミングは、タイミング制御部９から供給されるタイミング制御信号ＣＴＬ２によって制御されるようになっている。

信号処理部８４は、Ａ／Ｄ変換部８３から出力されるデジタルの検出信号に対し、所定の信号処理（例えば、デジタル的なノイズ除去処理や、周波数情報を位置情報に変換する処理などの信号処理）を施すものである。この信号処理部８４はまた、詳細は後述するが、フレームメモリ８６とともに、画像信号の書き込み動作に起因したノイズ（内部ノイズ）の影響を除去（抑制）するための所定の演算処理を行うようになっている。

座標抽出部８５は、信号処理部８４から出力される検出信号（上記した内部ノイズ除去後の検出信号）に基づいて、検出結果（タッチされたか否か、およびタッチされた場合にはその部分の位置座標）を求め、出力端子Ｔoutから出力するものである。

なお、このような検出回路８は、対向基板４上の周辺領域（非表示領域または額縁領域）に形成するようにしてもよいし、あるいは、画素基板２上の周辺領域に形成するようにしてもよい。但し、画素基板２上に形成すれば、元々画素基板２上に形成されている表示制御用の各種回路素子等との集積化が図れるので、回路の集積化による簡略化という観点でより好ましい。この場合には、コンタクト導電柱７と同様のコンタクト導電柱（図示せず）によって、センサ用検出電極４４の各電極パターンと画素基板２の検出回路８との間を接続し、検出信号Ｖdetをセンサ用検出電極４４から検出回路８に伝送するようにすればよい。

［表示装置１の作用・効果］
次に、本実施の形態の表示装置１における作用および効果について説明する。

（基本動作）
この表示装置１では、画素基板２の表示ドライバ（共通電極ドライバ４３Ｄ等）が、共通電極４３の各電極パターン（共通電極４３１〜４３ｎ）に対してコモン駆動信号Ｖcomを線順次で供給する。この表示ドライバはまた、ソース線２５を介して画素電極２２へ画素信号（画像信号）を供給すると共に、これに同期して、ゲート線２６を介して各画素電極のＴＦＴ（ＴＦＴ素子Ｔｒ）のスイッチングを線順次で制御する。これにより、液晶層６には、表示画素２０ごとに、コモン駆動信号Ｖcomと各画像信号とにより定まる縦方向（基板に垂直な方向）の電界が印加され、液晶状態の変調が行われる。このようにして、いわゆる反転駆動による表示が行われる。

一方、対向基板４の側では、共通電極４３の各電極パターンと、センサ用検出電極４４の各電極パターンとの交差部分にそれぞれ、容量素子Ｃ１（容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎ）が形成される。ここで、例えば図５中の矢印（スキャン方向）に示したように、共通電極４３の各電極パターンに、コモン駆動信号Ｖcomを時分割的に順次印加していくと、以下のようになる。すなわち、印加された共通電極４３の電極パターンとセンサ用検出電極４４の各電極パターンとの交差部分に形成されている一列分の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎの各々に対し、充放電が行われる。その結果、容量素子Ｃ１の容量値に応じた大きさの検出信号Ｖdetが、センサ用検出電極４４の各電極パターンからそれぞれ出力される。対向基板４の表面にユーザの指が触れられていない状態においては、この検出信号Ｖdetの大きさはほぼ一定となる。コモン駆動信号Ｖcomのスキャンに伴い、充放電の対象となる容量素子Ｃ１の列が線順次的に移動していく。

なお、このような共通電極４３の各電極パターンの線順次駆動の際には、例えば図９（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、共通電極４３の各電極パターンのうちの一部の電極パターンを束ねて、線順次駆動動作を行うようにするのが好ましい。具体的には、この一部の電極パターンからなる駆動ラインＬを、複数ラインの電極パターンからなる位置検出用駆動ラインＬ１と、少数ライン（ここでは１ライン）の電極パターンからなる表示用駆動ラインＬ２とから構成するようにする。これにより、共通電極４３の電極パターンの形状に対応した筋や斑等が生ずることによる画質劣化を抑えることが可能となる。

ここで、対向基板４の表面のいずれかの場所にユーザの指が触れると、そのタッチ箇所に元々形成されている容量素子Ｃ１に、指による容量素子Ｃ２が付加される。その結果、そのタッチ箇所がスキャンされた時点（すなわち、共通電極４３の電極パターンのうち、そのタッチ箇所に対応する電極パターンにコモン駆動信号Ｖcomが印加されたとき）の検出信号Ｖdetの値が、他の箇所よりも小さくなる。検出回路８（図８）は、この検出信号Ｖdetをしきい値電圧Ｖthと比較して、しきい値電圧Ｖth未満の場合に、その箇所をタッチ箇所として判定する。このタッチ箇所は、コモン駆動信号Ｖcomの印加タイミングと、しきい値電圧Ｖth未満の検出信号Ｖdetの検出タイミングとから割り出すことができる。

このようにして、本実施の形態のタッチセンサ付きの表示装置１では、液晶表示素子に元々備えられている共通電極４３が、駆動電極と検出電極とからなる一対のタッチセンサ用電極のうちの一方として兼用されている。また、表示用駆動信号としてのコモン駆動信号Ｖcomが、タッチセンサ用駆動信号として共用されている。これにより、静電容量型のタッチセンサにおいて、新たに設ける電極はセンサ用検出電極４４だけでよく、また、タッチセンサ用駆動信号を新たに用意する必要がない。したがって、構成が簡単である。

また、従来のタッチセンサ付き表示装置（特許文献１）では、センサに流れる電流の大きさを正確に測定し、その測定値に基づいてタッチ位置をアナログ演算により求めるようにしている。これに対し、本実施の形態の表示装置１では、タッチの有無に応じた電流の相対変化（電位変化）の有無をデジタル的に検知するだけでよいので、簡単な検出回路構成で検出精度を高めることができる。また、コモン駆動信号Ｖcomの印加用に元々設けられている共通電極４３と、新たに設けたセンサ用検出電極４４との間に静電容量を形成し、この静電容量が利用者の指の接触によって変化することを利用してタッチ検出を行うようにしている。このため、利用者の電位が不定であることが多いモバイル機器用途にも適合可能である。

更に、センサ用検出電極４４が複数の電極パターンに分割されると共に、各電極パターンが個別に時分割的に駆動されるため、タッチ位置の検出も可能となる。

（特徴的部分の作用；ノイズ除去処理を用いた検出動作）
次に、図１０〜図１４を参照して、本発明の特徴的部分の１つであるノイズ除去処理を用いた検出動作について、詳細に説明する。

まず、図１０（Ａ）に示したように、コモン駆動信号Ｖcomが、図１０（Ｂ），（Ｃ）に示したような画像表示制御の際の駆動周期（１Ｈ期間）と同期して極性反転を行う場合、検出信号Ｖdetの検出波形は、例えば図１０（Ｄ）〜（Ｆ）に示したようになる。すなわち、この極性反転と同期して極性反転を行うと共に、前述した抵抗器Ｒに流れるリーク電流に起因して、極性反転後に徐々に信号値が減衰していく。

このとき、例えば図１０（Ｂ），（Ｃ）に示したような白書き込み時や黒書き込み時等の画素信号（画像信号）の書き込み時には、検出信号Ｖdetの検出波形は、例えば図１０（Ｅ），（Ｆ）に示したように、この書き込みに起因したノイズが含まれるようになる。具体的には、１Ｈ期間は、画像信号が印加されていない非書き込み期間ΔｔＡと、画像信号が印加されている書き込み期間ΔｔＢとから構成されているが、このうちの書き込み期間ΔｔＢにおいて、画像信号の階調レベルに応じた検出波形の変動が生じている。すなわち、その時点での（極性反転後の）画像信号の階調レベルに応じて、図１０（Ｅ），（Ｆ）中の矢印で示したような、極性反転後の画像信号に起因したノイズ（内部ノイズ）が、検出信号Ｖdetの検出波形に含まれている。具体的には、黒書き込み時にはコモン駆動信号Ｖcomと同相に、白書き込み時にはコモン駆動信号Ｖcomと逆相に反転後ノイズが含まれることになる。このようにして、書き込み期間ΔｔＢでは、検出信号Ｖdetの検出波形が、内部ノイズによって画像信号の階調レベルに応じて変動してしまうため、物体の接触の有無等による検出波形の変化（図３）と切り分けるのが困難となってしまう。

そこで、本実施の形態では、検出回路８内の信号処理部８４、フレームメモリ８６および座標抽出部８５において、例えば図１１に示したようにして、上記したような内部ノイズを取り除いた物体検出を行っている。具体的には、信号処理部８４およびフレームメモリ８６では、互いに異なる期間において異なるライン幅の駆動ラインＬからそれぞれ得られる２つの検出信号Ｖdetに基づいて、上記した画像信号に起因したノイズ（内部ノイズ）を除去（低減）する処理を行う。そして、座標抽出部８５では、そのようなノイズ除去（低減）後の検出信号を用いて検出動作を行う。

より具体的には、図１１に示した例では、位置検出用駆動ラインＬ１（ｍ（２以上の整数）ライン）と、それよりもライン幅の小さい（ここでは１ライン）の表示用駆動ラインＬ２とを、図中の矢印で示したように線順次駆動する際に、以下のように制御している。すなわち、まず、タイミング制御部９は、Ｔ＝Ｎ，Ｎ＋２（Ｎ：整数）等の水平期間（第１の期間）では、ライン幅の大きい位置検出用駆動ラインＬ１とライン幅の小さい表示駆動用ラインＬ２との双方が存在するように制御する。また、Ｔ＝Ｎ＋１，Ｎ＋３等の水平期間（第２の期間）では、以下説明するようにノイズ検出ラインとしても機能する、ライン幅の小さい表示駆動用ラインＬ２のみが存在するように制御する。そして、この図１１に示した例では、上記した第１の期間と第２の期間とが、１対１の時間比率で交互に設定されている。

このとき、第１の期間において、位置検出用駆動ラインＬ１および表示駆動用ラインＬ２の双方から得られる検出信号Ｖdet_a（第１検出信号）の波形は、例えば図１２（Ｂ）に示したようになる。ここで、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎの各容量値をＣｐ、これらの容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎ以外に存在する容量成分（寄生容量）の容量値をＣｃ、交流信号源Ｓによる交流電圧の実効値をＶ１、画像信号に起因したノイズ内部の信号の実効値をＶｎとする。そして、簡易的にＣｐ＝Ｃｃとすると、第１の期間において得られる検出信号Ｖdet_aは、以下の（１）式で表される。すなわち、この検出信号Ｖdet_aは、交流信号源Ｓによる電位変動成分Ｖａ（＝（ｍ×Ｖ１）／（ｎ＋１））と、ノイズによる電位変動成分Ｖｂ（＝Ｖｎ）とから構成されることになる。

一方、第２の期間において、表示駆動用ラインＬ２のみから得られる検出信号Ｖdet#b（第２検出信号）の波形は、例えば図１３（Ｂ）に示したようになり、この第２の期間において得られる検出信号Ｖdet#bは、以下の（２）式で表される。すなわち、この検出信号Ｖdet#bも、基本的には、交流信号源Ｓによる電位変動成分Ｖａ（＝Ｖ１／（ｎ＋１））と、ノイズによる電位変動成分Ｖｂ（＝Ｖｎ）とから構成されることになる。ただし、例えば、表示画素２０の解像度の一例としてＷＶＧＡ（Wide Video Graphics Array）とすると、ｎ＝８６４となると共に、ｍ＝１００とすると、（１），（２）式はそれぞれ、（１００／８６４）Ｖ１＋Ｖｎ，（１／８６４）Ｖ１＋Ｖｎとなる。したがって、（２）式における電位変動成分Ｖａの値は、（１）式における電位変動成分Ｖａの値の（１／１００）となり、ノイズによる電位変動成分Ｖｂ（Ｖｎ）に対して十分に小さくなる。つまり、（２）式における交流信号源Ｓによる電位変動分Ｖａは無視できるほど十分に小さいことから、この（２）式における検出信号Ｖdet#bの成分は、ノイズによる電位変動成分Ｖｂのみと考えることができる。

したがって、信号処理部８４およびフレームメモリ８６では、以下の（３）式で示したように、第１の期間において得られる検出信号Ｖdet_aと、第２の期間において得られる検出信号Ｖdet_bとの差分信号を生成している。これにより、ノイズによる電位変動成分Ｖｂ（Ｖｎ；ノイズ信号）が取り除かれ、交流信号源Ｓによる電位変動成分Ｖａ（検出信号）のみからなる差分信号が得られる。したがって、座標抽出部８５において、そのようなノイズ除去（低減）後の検出信号を用いて検出動作を行うことにより、画像信号の書き込み動作に起因して検出信号Ｖdetに含まれるノイズ（内部ノイズ）の影響を除去（低減）することができ、正確な検出動作を行うことができる。

また、図１１（Ａ）に示した例では、位置検出用駆動ラインＬ１および表示用駆動ラインＬ２がそれぞれ、１ラインずつ線順次駆動するように制御している。一方、図１１（Ｂ）に示した例では、第１の期間同士で、位置検出用駆動ラインＬ１が、共通電極４３内で互いに異なる任意の位置（ランダムな位置）となるように設定されている。このように構成した場合、図１１（Ａ）の場合と比べ、平均的な位置検出速度を向上させることができる。

ここで、図１４は、白書き込み時および黒書き込み時における、（Ａ）検出信号＋ノイズ信号（検出信号Ｖdet_aに相当）、（Ｂ）ノイズ信号（検出信号Ｖdet_bに相当）、（Ｃ）検出信号（差分信号（Ｖdet_a−Ｖdet_b）に相当）の実測波形例を示している。この図１４（Ａ）〜（Ｃ）により、本実施の形態の手法により得られる差分信号（Ｖdet_a−Ｖdet_b）では、検出信号Ｖdetに含まれる内部ノイズの影響が除去（低減）されており、正確な検出動作を実現可能となっていることが分かる。

以上のように本実施の形態では、静電容量の変化に応じてタッチ検出電極から得られる検出信号Ｖdetに基づいて物体の接触（近接）位置を検出すると共に、検出回路８において、上記第１の期間において形成される位置検出用駆動ラインＬ１および表示駆動用ラインＬ２の双方から得られる検出信号Ｖdet_aと、第１の期間とは異なる第２の期間において形成される表示駆動用ラインＬ２から得られる検出信号Ｖdet_bとに基づいて検出動作を行うようにしたので、従来のようなシールド層を用いることなく、上記内部ノイズの影響を除去（低減）しつつ検出動作を行うことができる。よって、静電容量型のタッチセンサにおいて、シールド層を用いずに物体の検出精度を向上させることが可能となる。

具体的には、第１の期間において得られる検出信号Ｖdet_aと、第２の期間において得られる検出信号Ｖdet_bとの差分信号（Ｖdet_a−Ｖdet_b）に基づいて検出動作を行うようにしたので、上記のような効果を得ることができる。

また、第１の期間と第２の期間とが１対１の時間比率で交互に設定されているようにしたので、以下説明する図１５（Ａ），（Ｂ）に示した場合と比べて頻繁にノイズ検出を行うことになるため、ノイズ検出精度が高くなり、より検出精度を向上させることができる。

なお、例えば図１５（Ａ）（図１１（Ａ）に対応）および図１５（Ｂ）（図１１（Ｂ）に対応）に示したように、第１の期間と前記第２の期間とがｘ（ｘ：２以上の整数）対１の時間比率で交互に設定されているようにしてもよい。そして、これら図１５（Ａ），（Ｂ）に示した例では、第１の期間内において、位置検出用駆動ラインＬ１に対して順次駆動動作がなされるように、すなわち、第１の期間が複数（ここではｘ個）の水平期間により構成されている。このように構成した場合、複数の水平期間での検出結果に基づいて位置検出を行うことなどができるため、上記した図１１（Ａ），（Ｂ）に示した場合と比べて位置検出精度を向上させることが可能となる。

また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示した検出モード（第１の検出モード）と、図１５（Ａ），（Ｂ）に示した検出モード（第２の検出モード）との間で、検出モードの切換が可能となるように構成してもよい。このように構成した場合、ノイズ検出精度の向上（第１の検出モード）と位置検出精度の向上（第２の検出モード）とのうち、使用状況や用途に応じてどちらを重視するかなどを適宜調整することが可能となる。

＜２．第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記第１の実施の形態の場合とは異なり、表示素子として横電界モードの液晶素子を用いるようにしたものである。

［表示装置１Ｂの構成例］
図１６は、本実施の形態のタッチセンサ付きの表示装置１Ｂの要部断面構造を表すものである。図１７は、この表示装置１Ｂにおける画素基板（後述する画素基板２Ｂ）の詳細構成を表すものであり、（Ａ）は断面構成を、（Ｂ）は平面構成を示している。図１８は、表示装置１Ｂの斜視構造を表すものである。なお、これらの図において、上記第１の実施の形態の図４等と同一部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態の表示装置１Ｂは、画素基板２Ｂと、この画素基板２Ｂに対向して配置された対向基板４Ｂと、画素基板２Ｂと対向基板４Ｂとの間に挿設された液晶層６とを備えている。

画素基板２Ｂは、ＴＦＴ基板２１と、このＴＦＴ基板２１上に配設された共通電極４３と、この共通電極４３の上に絶縁層２３を介してマトリクス状に配設された複数の画素電極２２とを有する。ＴＦＴ基板２１には、各画素電極２２を駆動するための図示しない表示ドライバやＴＦＴのほか、絶縁層２３１，２３２を介して、各画素電極に画像信号を供給する信号線（ソース線）２５や、各ＴＦＴを駆動するゲート線２６等の配線が形成されている（図１７）。ＴＦＴ基板２１にはまた、タッチ検出動作を行う検出回路８（図８）が形成されている。共通電極４３は、タッチ検出動作を行うタッチセンサの一部を構成するセンサ用駆動電極としても兼用されるものであり、図１における駆動電極Ｅ１に相当する。

対向基板４Ｂは、ガラス基板４１と、このガラス基板４１の一方の面に形成されたカラーフィルタ４２とを有する。ガラス基板４１の他方の面には、センサ用検出電極４４が形成され、さらに、このセンサ用検出電極４４の上に偏光板４５が配設されている。センサ用検出電極４４は、タッチセンサの一部を構成するもので、図１における検出電極Ｅ２に相当する。センサ用検出電極４４は、図５に示したように、複数の電極パターンに分割されて構成される。センサ用検出電極４４は、薄膜プロセスにより対向基板４Ｂの上に直接形成してもよいが、間接的に形成してもよい。この場合には、タッチ検出電極４４を図示しないフィルム基体上に形成すると共に、このタッチ検出電極４４の形成されたフィルム基体を対向基板４Ｂの表面に貼り付けるようにすればよい。この場合、ガラスと偏光板の間だけでなく偏光板の上面に貼り付けることも可能であり、さらには偏光板を構成するフィルム内に作成してもよい。

共通電極４３は、ＴＦＴ基板２１から交流矩形波形のコモン駆動信号Ｖcomが印加されるようになっている。このコモン駆動信号Ｖcomは、画素電極２２に印加される画素電圧とともに各画素の表示電圧を画定するものであるが、タッチセンサの駆動信号としても兼用されるものであり、図１の駆動信号源Ｓから供給される交流矩形波Ｓｇに相当する。

液晶層６は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、ＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）モードや、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モード等の横電界モードの液晶が用いられる。

画素基板２Ｂにおける共通電極４３および対向基板４Ｂにおけるセンサ用検出電極４４の構成は、例えば図５に示したものと同様であり、両方とも、互いに交差するように延在する複数の電極パターンとして形成されている。

ここで、図１８を参照して、より詳細に説明する。ここに示したようなＦＦＳモードの液晶素子においては、画素基板２Ｂ上に形成された共通電極４３の上に、絶縁層２３を介して、櫛歯状にパターニングされた画素電極２２が配置され、これを覆うように配向膜２６が形成される。この配向膜２６と、対向基板４Ｂ側の配向膜４６との間に、液晶層６が挟持される。２枚の偏光板２４，４５は、クロスニコルの状態で配置される。２枚の配向膜２６，４６のラビング方向は、２枚の偏光板２４，４５の一方の透過軸と一致している。ここでは、ラビング方向が出射側の偏光板４５の透過軸と一致している場合を図示してある。さらに、２枚の配向膜２６，４６のラビング方向および偏光板４５の透過軸の方向は、液晶分子が回転する方向が規定される範囲で、画素電極２２の延設方向（櫛歯の長手方向）とほぼ平行に設定されている。

［表示装置１Ｂの作用・効果］
次に、本実施の形態の表示装置１Ｂにおける作用および効果について説明する。

最初に、図１８および図１９を参照して、ＦＦＳモードの液晶素子の表示動作原理について簡単に説明する。ここで、図１９は液晶素子の要部断面を拡大して表したものである。これらの図で、（Ａ）は電界非印加時、（Ｂ）は電界印加時における液晶素子の状態を示す。

共通電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加していない状態では（図１８（Ａ）、図１９（Ａ））、液晶層６を構成する液晶分子６１の軸が入射側の偏光板２４の透過軸と直交し、かつ、出射側の偏光板４５の透過軸と平行な状態となる。このため、入射側の偏光板２４を透過した入射光ｈは、液晶層６内において位相差を生じることなく出射側の偏光板４５に達し、ここで吸収されるため、黒表示となる。一方、共通電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加した状態では（図１８（Ｂ）、図１９（Ｂ））、液晶分子６１の配向方向が、画素電極間に生じる横電界Ｅにより、画素電極２２の延設方向に対して斜め方向に回転する。この際、液晶層６の厚み方向の中央に位置する液晶分子６１が約４５度回転するように白表示時の電界強度を最適化する。これにより、入射側の偏光板２４を透過した入射光ｈには、液晶層６内を透過する間に位相差が生じ、９０度回転した直線偏光となり、出射側の偏光板４５を通過するため、白表示となる。

次に、表示装置１Ｂにおける表示制御動作およびタッチ検出動作について説明する。これらの動作は、上記第１の実施の形態における動作と同様なので、適宜省略する。

画素基板２Ｂの表示ドライバ（図示せず）は、共通電極４３の各電極パターンに対してコモン駆動信号Ｖcomを線順次で供給する。表示ドライバはまた、ソース線２５を介して画素電極２２へ画像信号を供給すると共に、これに同期して、ゲート線２６を介して各画素電極のＴＦＴのスイッチングを線順次で制御する。これにより、液晶層６には、画素ごとに、コモン駆動信号Ｖcomと各画像信号とにより定まる横方向（基板に平行な方向）の電界が印加されて液晶状態の変調が行われる。このようにして、いわゆる反転駆動による表示が行われる。

一方、対向基板４Ｂの側では、共通電極４３の各電極パターンに、コモン駆動信号Ｖcomを時分割的に順次印加していく。すると、その印加された共通電極４３の電極パターンとセンサ用検出電極４４の各電極パターンとの交差部分に形成された一列分の容量素子Ｃ１（Ｃ１１〜Ｃ１ｎ）の各々に対し、充放電が行われる。そして、容量素子Ｃ１の容量値に応じた大きさの検出信号Ｖdetが、センサ用検出電極４４の各電極パターンからそれぞれ出力される。対向基板４Ａの表面にユーザの指が触れられていない状態においては、この検出信号Ｖdetの大きさはほぼ一定となる。対向基板４Ｂの表面のいずれかの場所にユーザの指が触れると、そのタッチ箇所に元々形成されている容量素子Ｃ１に、指による容量素子Ｃ２が付加される結果、そのタッチ箇所がスキャンされた時点の検出信号Ｖdetの値が他の箇所よりも小さくなる。検出回路８（図８）は、この検出信号Ｖdetをしきい値電圧Ｖthと比較して、しきい値電圧Ｖth未満の場合に、その箇所をタッチ箇所として判定する。このタッチ箇所は、コモン駆動信号Ｖcomの印加タイミングと、しきい値電圧Ｖth未満の検出信号Ｖdetの検出タイミングとから割り出される。

以上のように本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様に、液晶表示素子に元々備えられている共通電極４３を、駆動電極と検出電極とからなる一対のタッチセンサ用電極のうちの一方として兼用すると共に、表示用駆動信号としてのコモン駆動信号Ｖcomを、タッチセンサ用駆動信号として共用して静電容量型タッチセンサを構成したので、新たに設ける電極はセンサ用検出電極４４だけでよく、また、タッチセンサ用駆動信号を新たに用意する必要がない。したがって、構成が簡単である。

また、本実施の形態においても、上記第１の実施の形態で説明した検出回路８を設けるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能となる。すなわち、静電容量型のタッチセンサを備えた表示装置において、シールド層を用いずに物体の検出精度を向上させることが可能となる。

特に、本実施の形態では、タッチセンサ用駆動電極としての共通電極４３が画素基板２Ｂの側（ＴＦＴ基板２１の上）に設けられた構造を有していることから、ＴＦＴ基板２１から共通電極４３にコモン駆動信号Ｖcomを供給することが極めて容易であると共に、必要な回路や電極パターンおよび配線等を画素基板２に集中させることができ、回路の集積化が図られる。したがって、上記第１の実施の形態において必要であった、画素基板２側から対向基板４側へのコモン駆動信号Ｖcomの供給経路（コンタクト導電柱７）が不要となり、構造がより簡単になる。

また、上記のように、タッチセンサ用駆動電極としての共通電極４３が画素基板２Ｂの側に設けられると共に、この画素基板２Ｂ上にソース線２５やゲート線２６も設けられているため、本実施の形態では特に前述した内部ノイズの影響を受けやすい構造となっている。このことから、本実施の形態の表示装置１Ｂでは、そのようは内部ノイズの影響を取り除いて検出動作を行う利点が特に大きいと言える。

なお、検出回路８（図８）は、対向基板４Ｂ上の周辺領域（非表示領域または額縁領域）に形成するようにしてもよいが、画素基板２Ｂ上の周辺領域に形成するのが好ましい。画素基板２Ｂ上に形成すれば、元々画素基板２Ｂ上に形成されている表示制御用の各種回路素子等との集積化が図れるからである。

［第２の実施の形態の変形例］
なお、本実施の形態では、センサ用検出電極４４をガラス基板４１の表面側（液晶層６と反対側）に設けるようにしたが、次のような変形が可能である。

例えば図２０に示した表示装置１Ｃように、対向基板４Ｃにおいて、センサ用検出電極４４をカラーフィルタ４２よりも液晶層６の側に設けるようにしてもよい。

あるいは、図２１に示した表示装置１Ｄのように、対向基板４Ｄにおいて、センサ用検出電極４４をガラス基板４１とカラーフィルタ４２との間に設けるようにしてもよい。ここで、横電界モードの場合、縦方向に電極があると縦方向に電界がかかり、液晶が立ち上がってしまい視野角等が大きく悪化してしまう。したがって、この表示装置１Ｄのように、カラーフィルタ４２等の誘電体を挟んでセンサ用検出電極４４を配置すれば、この問題は大きく低減することができる。

＜３．適用例＞
次に、図２２〜図２６を参照して、上記実施の形態および変形例で説明したタッチセンサ付きの表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態等の表示装置は、テレビジョン装置，デジタルカメラ，ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記実施の形態等の表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

（適用例１）
図２２は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル５１１およびフィルターガラス５１２を含む映像表示画面部５１０を有しており、この映像表示画面部５１０は、上記実施の形態等に係る表示装置により構成されている。

（適用例２）
図２３は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部５２１、表示部５２２、メニュースイッチ５２３およびシャッターボタン５２４を有しており、その表示部５２２は、上記実施の形態等に係る表示装置により構成されている。

（適用例３）
図２４は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５３１，文字等の入力操作のためのキーボード５３２および画像を表示する表示部５３３を有しており、その表示部５３３は、上記実施の形態等に係る表示装置により構成されている。

（適用例４）
図２５は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部５４１，この本体部５４１の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ５４２，撮影時のスタート／ストップスイッチ５４３および表示部５４４を有している。そして、その表示部５４４は、上記実施の形態等に係る表示装置により構成されている。

（適用例５）
図２６は、上記実施の形態等の表示装置が適用される携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０，サブディスプレイ７５０，ピクチャーライト７６０およびカメラ７７０を有している。そのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０は、上記実施の形態等に係る表示装置により構成されている。

＜４．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、第１および第２の期間において、表示駆動ラインＬ２がノイズ検出用ラインと共用（共通化）されている場合について説明したが、例えば図２７（Ａ），（Ｂ）に示したようにしてもよい。すなわち、第１および第２の期間において、表示駆動ラインＬ２とノイズ検出用ラインＬ３とが別個に設けられているようにしてもよい。ただし、上記実施の形態等のようにそれらを共通化（兼用）するようにしたほうが、回路構成や制御手法が簡単となるため、好ましいと言える。

また、例えば、第１の期間における位置検出用駆動ラインＬ１および表示駆動用ラインＬ２（第１駆動ライン）と、第２の期間における表示駆動用ラインＬ２（第２駆動ライン）とが、共通電極４３内で互いに略同一の水平ラインに位置しているようにしてもよい。このように構成した場合、共通電極４３内の略同一の画素領域で得られる内部ノイズ同士の差分を取って除去することになるため、場所依存性を回避してよりノイズ検出精度を向上させることが可能となる。

更に、上記第２の実施の形態では、横電界モードとしてＦＦＳモードの液晶素子を例に説明したが、ＩＰＳモードの液晶について同様に適用可能である。

加えて、上記実施の形態等では、表示素子として液晶表示素子を用いた表示装置について説明したが、それ以外の表示素子、例えば有機ＥＬ素子を用いた表示装置にも適用可能である。

加えてまた、上記実施の形態等では、タッチセンサを表示装置内に内蔵させた場合（タッチセンサ付きの表示装置）について説明したが、本発明のタッチセンサはこの場合には限られず、例えば表示装置の外側（外付け型のタッチセンサ）にも適用することが可能である。具体的には、例えば図２８に示したようなタッチセンサ１０を、表示装置の外側に設けるようにしてもよい。このタッチセンサ１０は、例えばガラス等よりなる一対の絶縁基板４１１，４１２と、これらの基板間に形成されたセンサ用駆動電極（タッチ駆動電極）４３０、センサ用検出電極４４および絶縁層２３０とを備えている。センサ用駆動電極４３０は、絶縁基板４１１上に形成されており、タッチセンサ用の駆動信号が印加されるようになっている。センサ用検出電極４４は絶縁基板４１２上に形成されており、上記実施の形態等と同様に、検出信号Ｖdetを得るための電極である。絶縁層２３０は、これらセンサ用駆動電極４３０とセンサ用検出電極４４との間に形成されている。なお、タッチセンサ１０の斜視構造は、例えば図５等に示した上記実施の形態等のものと同様となっている。また、駆動信号源Ｓ、検出回路８およびタイミング制御部９の回路構成等も、例えば図８に示した上記実施の形態等のものと同様となっている。このような構成のタッチセンサ１０では、例えば図２９に示した位置検出用駆動ラインＬ１およびノイズ検出用駆動ラインＬ３のようにしてもよい。すなわち、位置検出用駆動ラインＬ１およびノイズ検出用駆動ラインＬ３が、共通電極４３０−１，４３０−３、４３０−５、４３０−７等や、共通電極４３０−２，４３０−４、４３０−６、４３０−８等のように、単一の共通電極から構成されていてもよい。また、このような構成のタッチセンサ１０では、必ずしもノイズ検出用駆動ラインＬ３が設けられていなくてもよいが、検出精度向上等の観点からは、設けられているようにするのが好ましい。

加えて更に、上記実施の形態等において説明した一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、汎用のコンピュータ等にインストールされるようになっている。このようなプログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体に予め記録してさせておくようにしてもよい。

１，１Ｂ〜１Ｄ…表示装置、１０…タッチセンサ、１００…有効表示エリア、１１…ＳＷ制御部、１２…スイッチ素子、１３１，１３２…インバータ（論理否定）回路、１４…オペアンプ、１５…スイッチ素子、２，２Ｂ…画素基板、２０…表示画素、２０Ｄ…Ｔ／Ｇ・ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１…ＴＦＴ基板（回路基板）、２２…画素電極、２３，２３１，２３２…絶縁層、２４…偏光板、２５…信号線（ソース線）、２６…ゲート線、４，４Ｂ〜４Ｄ…対向基板、４０Ｄ…ゲート・共通電極ドライバ、４１…ガラス基板、４２…カラーフィルタ、４３，４３１〜４３ｎ…共通電極（兼センサ用駆動電極）、４３０…センサ用駆動電極、４３Ｄ…共通電極ドライバ、４４…センサ用検出電極（タッチ検出電極）、４５…偏光板、６…液晶層、７…コンタクト導電柱、８…検出回路、８１…増幅部、８３…Ａ／Ｄ変換部、８４…信号処理部、８５…座標抽出部、８６…フレームメモリ、９…タイミング制御部、Ｃ１，Ｃ１１〜Ｃ１ｎ，Ｃ２…容量素子、Ｓｇ…交流矩形波、Ｅ１…駆動電極、Ｅ２…検出電極、Ｓ…交流信号源（駆動信号源）、Ｖcom，Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)…コモン駆動信号、ＤＥＴ…電圧検出器（検出回路）、Ｖdet…検出信号、Ｖth…しきい値電圧、Ｔｒ…ＴＦＴ素子、ＬＣ…液晶素子、Ｔin…入力端子、Ｔout…出力端子、Ｒ…抵抗器、ＣＴＬ１，ＣＴＬ２…タイミング制御信号、Ｌ…駆動ライン、Ｌ１…位置検出用駆動ライン、Ｌ２…表示用駆動ライン、Ｌ３…ノイズ検出用駆動ライン、ΔｔＡ…非書き込み期間、ΔｔＢ…書き込み期間。

Claims (19)

1. タッチ駆動電極と、
   前記タッチ駆動電極と対向して、または並んで設けられ、前記タッチ駆動電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極と、
   前記タッチ駆動電極に対してタッチセンサ用駆動信号を印加することにより前記タッチ検出電極から得られる検出信号に基づき、物体が接触または近接する位置を検出するタッチ検出回路と
   を備え、
   前記タッチ駆動電極がストライプ状の複数の電極パターンに分割されていると共に、これら複数の電極パターンのうちの一部の電極パターンに対して前記タッチセンサ用駆動信号が印加されることにより、その時点での駆動ラインが形成されるようになされており、
   前記タッチ検出回路は、第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、前記第１の期間とは異なる第２の期間において形成される、前記第１駆動ラインよりもライン幅が小さい第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて、検出動作を行う
   タッチセンサ。
2. 前記タッチ検出回路は、前記第１検出信号と前記第２検出信号との差分信号に基づいて、検出動作を行う
   請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記第１の期間と前記第２の期間とが、１対１の時間比率で交互に設定されている
   請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ。
4. 前記第１の期間と前記第２の期間とが、ｎ（ｎ：２以上の整数）対１の時間比率で交互に設定されていると共に、
   前記第１駆動ラインが、位置検出用駆動ラインを含んで構成され、
   前記第１の期間内において、前記位置検出用駆動ラインに対して順次駆動動作がなされるように構成されている
   請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ。
5. 前記第１駆動ラインが、前記位置検出用駆動ラインと、前記第２駆動ラインとライン幅が等しいノイズ検出用駆動ラインとにより構成されている
   請求項４に記載のタッチセンサ。
6. 前記第１の期間と前記第２の期間とが１対１の時間比率で交互に設定されている第１の検出モードと、
   前記第１の期間と前記第２の期間とがｎ（ｎ：２以上の整数）対１の時間比率で交互に設定されていると共に、前記第１駆動ラインが位置検出用駆動ラインを含んで構成され、かつ前記第１の期間内において前記位置検出用駆動ラインに対して順次駆動動作がなされるように構成されている第２の検出モードと
   の間で、検出モードの切換が可能となるように構成されている
   請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ。
7. 前記第１駆動ラインが、前記位置検出用駆動ラインと、前記第２駆動ラインとライン幅が等しいノイズ検出用駆動ラインとにより構成されている
   請求項６に記載のタッチセンサ。
8. 前記第１の期間と前記第２の期間とが、時分割で交互に設定されていると共に、
   前記第１駆動ラインが、位置検出用駆動ラインを含んで構成され、
   前記第１の期間同士において、前記位置検出用駆動ラインが、前記タッチ駆動電極内で互いに異なる任意の位置に設定されている
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
9. 前記第１駆動ラインが、前記位置検出用駆動ラインと、前記第２駆動ラインとライン幅が等しいノイズ検出用駆動ラインとにより構成されている
   請求項８に記載のタッチセンサ。
10. 前記第１の期間における前記第１駆動ラインと、前記第２の期間における前記第２駆動ラインとが、前記タッチ駆動電極内で互いに略同一のラインに位置している
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
11. 複数の表示画素電極と、
    前記表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、
    画像表示機能を有する表示機能層と、
    画像信号に基づいて、前記表示画素電極と前記共通電極との間に表示用電圧を印加して前記表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、
    前記共通電極と対向して、または並んで設けられ、前記共通電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極と、
    前記表示制御回路により前記共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号として利用し、前記タッチ検出電極から得られる検出信号に基づき、物体が接触または近接する位置の検出動作を行うタッチ検出回路と
    を備え、
    前記共通電極がストライプ状の複数の電極パターンに分割されていると共に、これら複数の電極パターンのうちの一部の電極パターンに対して前記タッチセンサ用駆動信号が印加されることにより、その時点での駆動ラインが形成されるようになされており、
    前記タッチ検出回路は、第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、前記第１の期間とは異なる第２の期間において形成される、前記第１駆動ラインよりもライン幅が小さい第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて、検出動作を行う
    表示装置。
12. 前記タッチ検出回路は、前記第１検出信号と前記第２検出信号との差分信号に基づいて、検出動作を行う
    請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記第１駆動ラインが、位置検出用駆動ラインと、前記第２駆動ラインとライン幅が等しいノイズ検出用駆動ラインとにより構成され、
    前記ノイズ検出用駆動ラインおよび前記第２駆動ラインがそれぞれ、前記表示制御回路により画像表示を行うための画像表示用駆動ラインと共通化されている
    請求項１１または請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記表示制御回路は、前記複数の電極パターンのうちの一部である２以上の電極パターンを束ねてなる前記駆動ラインに対し、順次駆動動作を行う
    請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の表示装置。
15. 前記表示制御回路が形成された回路基板と、
    前記回路基板と対向して配設された対向基板と
    を備え、
    前記表示画素電極が、前記回路基板の、前記対向基板に近い側に配設され、
    前記共通電極が、前記対向基板の、前記回路基板に近い側に配設され、
    前記回路基板の前記表示画素電極と、前記対向基板の前記共通電極との間に、前記表示機能層が挿設されている
    請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の表示装置。
16. 前記表示機能層が液晶層である
    請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記表示制御回路が形成された回路基板と、
    前記回路基板と対向して配設された対向基板と
    を備え、
    前記回路基板に前記共通電極および前記表示画素電極が絶縁層を介して順に積層され、
    前記回路基板の前記表示画素電極と、前記対向基板との間に、前記表示機能層が挿設されている
    請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の表示装置。
18. 前記表示機能層が液晶層であり、横電界モードでの液晶表示が行われる
    請求項１７に記載の表示装置。
19. タッチセンサ付きの表示装置を備え、
    前記表示装置は、
    複数の表示画素電極と、
    前記表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、
    画像表示機能を有する表示機能層と、
    画像信号に基づいて、前記表示画素電極と前記共通電極との間に表示用電圧を印加して前記表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、
    前記共通電極と対向して、または並んで設けられ、前記共通電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極と、
    前記表示制御回路により前記共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号として利用し、前記タッチ検出電極から得られる検出信号に基づき、物体が接触または近接する位置の検出動作を行うタッチ検出回路と
    を有し、
    前記共通電極がストライプ状の複数の電極パターンに分割されていると共に、これら複数の電極パターンのうちの一部の電極パターンに対して前記タッチセンサ用駆動信号が印加されることにより、その時点での駆動ラインが形成されるようになされており、
    前記タッチ検出回路は、第１の期間において形成される第１駆動ラインから得られる第１検出信号と、前記第１の期間とは異なる第２の期間において形成される、前記第１駆動ラインよりもライン幅が小さい第２駆動ラインから得られる第２検出信号とに基づいて、検出動作を行う
    電子機器。

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